[发明专利]陶瓷膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种陶瓷膜，包括金属氧化物颗粒堆积型陶瓷膜主体，在金属氧化物颗粒表面附着有碳层，在金属氧化物颗粒之间的空隙中有碳球。本发明以廉价易得、来源广泛的糖类物质为原料在金属氧化物颗粒表面形成碳层，解决了在酸性溶液中稳定性差的问题，空隙中的碳球进一步优化了陶瓷膜的孔径分布范围，以提高其性能。

技术领域

本发明属于陶瓷膜制备技术领域，特别涉及一种耐酸陶瓷膜及其制备方法。

背景技术

陶瓷膜是无机膜中的一种，因其机械强度大、耐高温和有机溶剂、寿命长、处理能力大等优势而应用广泛于废水处理、油水分离、食品加工与药物制造、金属冶炼以及纺织染色等行业，其中许多过程涉及到酸性溶液的处理，如工业酸性废提取液与电镀行业含酸废水的回收、发酵酸性污水的处理、酸性果汁纯化、药物纯化分离、矿业开采等过程。

陶瓷膜通常以氧化铝、氧化锆、氧化钛等金属氧化物粉末为原料，加入粘结剂、助烧结剂等添加剂，通过溶胶-凝胶法、固态粒子烧结法、湿化学法、化学气相沉积法或原子层沉积技术等方式制备而成的颗粒堆积型分离膜，多孔分离膜的孔道为金属氧化物颗粒堆积形成的空隙。金属氧化物颗粒以及制备过程中的添加剂接触强酸性溶液，或者长时间在酸性溶液中运行时不稳定，孔道微结构、孔内壁性质以及陶瓷膜机械性能因此而遭到破坏。因此金属氧化物颗粒堆积型陶瓷膜具有在酸性溶液中稳定性差的问题，该缺点大大限制了陶瓷膜的使用。另外，孔径尺寸分布窄是此类陶瓷膜具备良好的分离选择性的重要条件，然而颗粒堆积形成的空隙大小不均一，陶瓷膜的孔径分布仍有优化的空间。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于因此，本发明采用物理或化学工艺在陶瓷膜孔道内壁表面沉积耐酸保护层，并填充陶瓷膜内部较大孔道，优化孔径分布，从而克服上述现有技术中的缺陷，能够从多方面提高多孔陶瓷膜的性能。

为实现上述目的，本发明提供了一种陶瓷膜，包括金属氧化物颗粒堆积型陶瓷膜主体，在金属氧化物颗粒表面附着有耐酸的碳层，在金属氧化物颗粒之间的空隙中有调整间隙的碳球。

本发明以廉价易得、来源广泛的糖类物质为原料在金属氧化物颗粒表面形成碳层，解决了在酸性溶液中稳定性差的问题，空隙中的碳球进一步优化了陶瓷膜的孔径分布范围，以提高其性能。

优选地，上述技术方案中，金属氧化物颗粒为氧化铝、氧化锆、氧化钛或者其他适合制备金属陶瓷膜的金属氧化物。

优选地，上述技术方案中，碳层为糖类物质碳化后在金属氧化物颗粒表面形成的包裹性碳层。

一种如前文所述陶瓷膜的制备方法，金属氧化物颗粒堆积型陶瓷膜主体置于糖溶液中充分浸润，浸润后的陶瓷膜主体水热反应得到碳包覆的陶瓷膜。

水热反应过程是指在一定的温度和压力下，在水、水溶液或蒸汽等流体中所进行有关化学反应的总称。

优选地，上述技术方案中，糖溶液为糖的水溶液，糖溶液的浓度不低于36g/L。

优选地，上述技术方案中，所述糖为单糖、双糖、多糖或者其他能够水热反应成碳的糖类。

优选地，上述技术方案中，水热反应的时间不少于4小时，反应温度为不低于120℃。

优选地，上述技术方案中，水热反应的反应节点为：陶瓷膜由白色变为棕色或者类棕色，停止反应，得到碳包覆的陶瓷膜。

优选地，上述技术方案中，采用浸泡或液压的方式使陶瓷膜充分浸润于糖溶液中。

优选地，上述技术方案中，碳包覆的陶瓷膜为壳类结构，所述壳类结构为糖溶液中的糖类物质碳化后在陶瓷膜基质颗粒表面形成的包裹性碳层。